1、第十三章 離子交換、吸附與層析分離設備離子交換過程與設備一一.離子交換法的基本概念離子交換法的基本概念 離子交換法是利用溶液中各種帶電粒子與離子交換劑之間結(jié)合力的差異進行物質(zhì)分離的操作方法。 離子交換法必須使用離子交換劑。 帶電粒子與離子交換劑之間的作用力是靜電力(庫侖力)。它們的結(jié)合是可逆的，即在一定的條件下能夠結(jié)合，條件改變后也可以被釋放出來。一一.離子交換法的基本概念離子交換法的基本概念離子交換劑由三部分組成：(1)載體:惰性的不溶性的高分子固定骨架；(2)功能基團:與載體以共價鍵聯(lián)結(jié)的不能移動的活性基團；(3)平衡離子：與功能基團以離子鍵聯(lián)結(jié)的可移動的活性離子。例如：聚苯乙烯磺酸鈉樹脂

2、，其骨架是聚苯乙烯高分子塑料，活性基團是磺酸基，平衡離子為鈉離子。平衡離子帶正電荷的為陽離子交換樹脂，平衡離子帶負電荷的為陰離子交換樹脂。一一.離子交換法的基本概念離子交換法的基本概念離子交換現(xiàn)象可用下面的方程式表示： R-X+ + Y+ R-Y+ + X+R-：陽離子交換劑的功能基團和載體；X+：為平衡離子；Y+：為交換離子。一一.離子交換法的基本概念離子交換法的基本概念 在分離過程中：使目的物粒子具有較強的結(jié)合力，而其它粒子沒有結(jié)合力或結(jié)合力較弱。 例如：調(diào)節(jié)溶液的pH值，使目的蛋白質(zhì)、核酸或氨基酸這類兩性物質(zhì)的粒子帶有相當數(shù)量的靜電荷（如正電荷），而主要雜質(zhì)粒子帶相反電荷或較弱的電荷（正

3、電荷）。然后選擇適宜的樹脂（如陽離子交換樹脂），便可使目的物被離子交換樹脂吸附，而不吸附或較少吸附雜質(zhì)。一一.離子交換法的基本概念離子交換法的基本概念從樹脂上洗脫目的物的方法有兩種：(1)調(diào)節(jié)洗脫液的pH值，使目的物粒子在此pH下失去電荷，甚至帶相反電荷，從而喪失與原離子交換樹脂的結(jié)合能力而被洗脫。(2)用高濃度的同性離子根據(jù)質(zhì)量作用定律將目的物離子取代下來。 對于陽離子交換樹脂而言，目的物的pK值愈大（愈堿），將其洗脫下來所需溶液的pH值也愈高。 對于陰離子交換樹脂而言，目的物的pK值愈小，洗脫液之pH值也愈低。一一.離子交換法的基本概念離子交換法的基本概念 在pH大于物質(zhì)的等電點的適當離子

4、強度溶液中，物質(zhì)帶負電荷，可以與陰離子交換劑進行交換。 在pH小于等電點時，物質(zhì)帶正電荷可以與陽離子交換劑進行交換。二二.離子交換劑的分類離子交換劑的分類常見的離子交換劑有： 離子交換樹脂，離子交換纖維素，葡聚糖凝膠離子交換劑等。 其中各類交換劑均可按其可解離的交換基團性質(zhì)分為陽離子交換劑（強酸、弱酸型）與陰離子交換劑（強堿、弱堿）兩大類。三三.離子交換樹脂的分類與特點離子交換樹脂的分類與特點1.陽離子交換樹脂按照酸性強弱可以分為三類。1.1強酸性樹脂 主要是磺酸型樹脂。功能基團為磺酸根(-SO3H)及甲基磺酸根(CH2SO3H)。其交換能力不受環(huán)境pH值的影響，在很寬的pH范圍內(nèi)都能很好地解

5、離，保持良好的交換能力。1.2中酸性樹脂 主要是磷酸型樹脂，功能基團為(-PO3H2)。1.3弱酸性樹脂主要是羧酸型樹脂和酚型樹脂，功能基團分別為羧基(-COOH)和酚基( )。在堿性或中性環(huán)境中有較好的交換能力，在酸性環(huán)境中解離受到限制。O H三三.離子交換樹脂的分類與特點離子交換樹脂的分類與特點2.陰離子交換樹脂 根據(jù)功能基團的種類不同分為三類2.1強堿性陰離子交換樹脂功能基團多為季胺鹽兩種強堿性陰離子交換樹脂： 強堿型：含三甲胺基； 強堿型：含二甲基-羥基-乙胺基團型的堿性比型強，但再生較困難， 型樹脂穩(wěn)定性較差。NR3+三三.離子交換樹脂的分類與特點離子交換樹脂的分類與特點2.弱堿性陰

6、離子交換樹脂活性基團是伯、仲、叔胺基，即-NH2，-NHR，-NR2，吡啶基等。適用于在中性及酸性環(huán)境中使用。3.中強堿性陰離子交換樹脂兼有以上兩類活性基團。四四.離子交換樹脂的命名離子交換樹脂的命名1977年石油化學工業(yè)部擬定的離子交換樹脂命名法草案，各類樹脂命名編號如下：離子交換樹脂的全名稱： 由分類名稱、骨架(或基團)名稱、基本名稱排列組成。代號分類名稱0強酸性1弱酸性2強堿性3弱堿性4螯合性5兩性6氧化還原代號分類名稱0苯乙烯系1丙烯酸系2酚醛系3環(huán)氧系4乙烯吡啶系5脲醛系6氯乙烯系四四.離子交換樹脂的命名離子交換樹脂的命名D001x 7代表大孔型強酸性苯乙烯系離子交換樹脂，交聯(lián)度為7

7、五五.離子交換樹脂的理化性質(zhì)離子交換樹脂的理化性質(zhì)1.溶解性：離子交換樹脂是一種不溶于水及一般酸、堿溶液和有機溶劑，并具有良好化學穩(wěn)定性的高分子聚合物。2.外觀和粒度（顆粒度） 大多數(shù)商品樹脂呈球形，直徑為0.21.2mm(1670目)。樹脂的色澤隨合成原料、工藝條件不同而異，一般有白、黃、黃褐及紅棕等幾種色澤。為便于觀察交換過程中色帶的分布情況，以選用淺色樹脂為宜。五五.離子交換樹脂的理化性質(zhì)離子交換樹脂的理化性質(zhì)3.交換容量（交換當量）交換容量：反應離子交換樹脂交換能力的大小。一定量樹脂中所含的交換基團或可交換的陽離子(或陰離子)的毫克當量數(shù)。交換量，是指在某一指定的應用條件下樹脂表現(xiàn)出來

8、的交換量，交換基團未被完全利用。再生交換容量：樹脂失效后就要再生才能重新使用，出于經(jīng)濟原因，一般并不再生完全，因此，再生劑用量對工作交換容量影響很大，在指定的再生劑用量條件下的交換容量就稱再生交換容量。五五.離子交換樹脂的理化性質(zhì)離子交換樹脂的理化性質(zhì)3.交換容量（交換當量） 一般情況下，交換容量、工作交換容量和再生交換容量三者的關(guān)系： 再生交換容量=0.51.0倍交換容量； 工作交換容量=0.30.9倍再生交換容量。離子交換樹脂利用率（%）：工作交換容量與再生交換容量之比。五五.離子交換樹脂的理化性質(zhì)離子交換樹脂的理化性質(zhì)4.機械強度（不破損率%） 測定機械強度的方法一般是將離子交換樹脂先經(jīng)

9、過酸、堿溶液處理后，將一定量的樹脂置于球磨機或震蕩篩機中撞擊、磨損，一定時間后取出過篩，以完好樹脂的重量百分率來表示。五五.離子交換樹脂的理化性質(zhì)離子交換樹脂的理化性質(zhì)5.膨脹度（視膨脹率） 干樹脂在水或有機溶劑中溶脹，濕樹脂在功能基離子轉(zhuǎn)型或再生后水洗滌時有溶脹現(xiàn)象。 膨脹現(xiàn)象的產(chǎn)生：當樹脂浸在水溶液中時，活性離子因熱運動可在樹脂空隙的一定距離內(nèi)運動，由于內(nèi)部和外部溶液的濃度差，存在著滲透壓。這種壓力使外部水分滲入內(nèi)部促使樹脂骨架變形，空隙擴大而使數(shù)值體積發(fā)生膨脹。膨脹率：膨脹前后樹脂的體積比。五五.離子交換樹脂的理化性質(zhì)離子交換樹脂的理化性質(zhì)影響膨脹度的因素：(1)交聯(lián)度：一般凝膠樹脂的膨

10、脹度隨交聯(lián)度的增大而減小。(2)活性基團的性質(zhì)和數(shù)量：樹脂上活性基團的親水性強，則膨脹度大。(3)活性離子的性質(zhì)：活性離子對膨脹度的影響是由于離子水合情況不同而引起的，活性離子的水合程度愈大，樹脂的膨脹度降低。五五.離子交換樹脂的理化性質(zhì)離子交換樹脂的理化性質(zhì)影響膨脹度的因素：(4)介質(zhì)的性質(zhì)和濃度：經(jīng)水溶脹后的樹脂，如和低級醇或高濃度電解質(zhì)溶液接觸時，由于水分從樹脂內(nèi)部向外部轉(zhuǎn)移，使樹脂體積縮小，相反，會膨脹。(5)骨架結(jié)構(gòu)：無機離子交換樹脂因鏈的剛性，不易溶脹；有機離子交換樹脂由于碳-碳鏈的柔韌性及無定形的凝膠性質(zhì)，膨脹系數(shù)較大。五五.離子交換樹脂的理化性質(zhì)離子交換樹脂的理化性質(zhì)6.含水量

11、 每克干樹脂吸收水分的數(shù)量稱為含水量。一般是0.30.7g。 干燥的樹脂易破碎，故商品樹脂均以濕態(tài)密 閉包裝。冬季儲運應有防凍措施。五五.離子交換樹脂的理化性質(zhì)離子交換樹脂的理化性質(zhì)7.視密度濕視密度：又稱堆積密度。 是指樹脂在柱中堆積時，單位體積濕樹脂的重量（g/ml），其值一般在0.60.85g/ml之間。五五.離子交換樹脂的理化性質(zhì)離子交換樹脂的理化性質(zhì)7.視密度濕真密度：取處理成所需型式的濕樹脂，在布氏漏斗中抽干。迅速稱取25g抽干樹脂，放入比重瓶中，加水至刻度稱重。濕真密度的計算： =W2/W3 W3=W1-W4 :濕真密度；W2：樹脂稱樣重；W3：被排擠的水重；W1:滿水的比重瓶(

12、無樹脂)加上樣品之重；W4：盛有水及樹脂的比重瓶之重。五五.離子交換樹脂的理化性質(zhì)離子交換樹脂的理化性質(zhì)8.穩(wěn)定性(1)化學穩(wěn)定性：樹脂對有機溶劑、強酸、強堿等的穩(wěn)定性。(2)熱穩(wěn)定性：干燥的樹脂受熱易降解破壞。強酸、強堿樹脂的鹽型比游離酸（堿）型穩(wěn)定。五五.離子交換樹脂的理化性質(zhì)離子交換樹脂的理化性質(zhì)9.滴定曲線 離子交換樹脂是不溶性的多元酸或多元堿，同樣具有滴定曲線。滴定曲線能定性地反映樹脂活性基團的特征，從滴定曲線圖譜便可鑒別樹脂酸堿度的強弱。 滴定曲線的測定方法：取數(shù)個小三角瓶，各放入氯型或羥型樹脂及含有不同量的0.1mol/LNaOH或0.1mol/LHCl的50ml0.1mol/L

13、NaCl溶液，靜止或陣搖使達到交換平衡，測定溶液的pH值，以pH值為縱坐標NaOH和HCl的mol數(shù)為橫坐標，繪制滴定曲線。五五.離子交換樹脂的理化性質(zhì)離子交換樹脂的理化性質(zhì)10.比表面 在合適的孔徑基礎上，選擇比表面較大的樹脂，有利于提高吸附量和交換速度。六六.離子交換樹脂的制備離子交換樹脂的制備 離子交換樹脂的合成屬于反應性高分子合成的一個分支，是應用高分子聚合和有機化學反應原理來合成帶有活性基團的高價聚合物。 目前主要的合成方法有兩類： (1)加聚法(共聚法) (2)逐步共聚法(縮聚法)六六.離子交換樹脂的制備離子交換樹脂的制備(1)加聚法（共聚法） 以具有一個或兩個以上雙鍵的單體作原料

14、，在含有分散劑的介質(zhì)中在攪拌加熱下進行懸浮聚合，得到有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的珠體，然后進行化學反應引入活性基團便可以得到離子交換樹脂。構(gòu)成樹脂的主要成分：單烯鍵單體：苯乙烯，丙烯酸酯類，乙烯吡啶等。雙烯鍵單體：二乙烯苯。樹脂的交聯(lián)度：交聯(lián)劑的含量。交聯(lián)劑對樹脂的理化性能有多方面的影響。六六.離子交換樹脂的制備離子交換樹脂的制備(2)逐步共聚法(縮聚法)由兩個和兩個以上帶有功能基的單體，通過功能基之間的相互作用而進行反應。一般伴有低分子(水或鹵化氫）的析出?？s聚法合成球型樹脂通常以透平油或二氯苯作為分散介質(zhì)進行懸浮聚合合成。例如：酚醛型、環(huán)氧丙烷-多烯多胺型等的球型樹脂。 六六.離子交換樹脂的制備離子交

15、換樹脂的制備(2)逐步共聚法(縮聚法)例如：聚苯乙烯-二乙烯苯磺酸陽離子樹脂單體：苯乙烯，二苯乙烯C HC H2C HC H2C H2C H+過 氧 化 苯甲酰C HC H2C HC H2C H2C HH2S O4C HC H2C HC H2C H2C HS O3H七七.離子交換過程的理論基礎離子交換過程的理論基礎（一）離子交換平衡當A1與A2兩種離子在樹脂上達到交換平衡時，可用(6.1)表示： RA2Z2 +A1Z1 RA1Z1 +A2Z2 R:離子交換樹脂Z1及Z2：離子A1和A2的價電數(shù)。七七.離子交換過程的理論基礎離子交換過程的理論基礎假設： 交換體系為稀溶液，此時離子濃度為活度的近似

16、值。 樹脂在交換時無縮漲，不涉及化學位能或自由能的變化。 不涉及樹脂彈性位能和溶劑分子的轉(zhuǎn)移能。(6.1)可以寫作類似于復分解反應的平衡方程式(6.2):A1、A2、 、 分別表示在溶液中與樹脂表面的兩種離子。若此時用m1、m2 及 C1、C2分別代表樹脂上和溶液中的兩種離子的濃度，可得(6.3)Z1A1Z2A2A1A2+1111Z1Z2-A1-A2-七七.離子交換過程的理論基礎離子交換過程的理論基礎Z1Z211m1Z11m2C1C2Z21.= K七七.離子交換過程的理論基礎離子交換過程的理論基礎（二）離子交換速度當A、B兩種離子在樹脂上交換時，可寫成： R-B+A+ R-A+B+七七.離子交

17、換過程的理論基礎離子交換過程的理論基礎（二）離子交換速度離子交換過程的機理：七七.離子交換過程的理論基礎離子交換過程的理論基礎離子交換過程可分為5步：(1)膜擴散：A+從溶液擴散到樹脂表面。膜擴散的速度取決于膜兩邊離子A+的濃度差和膜厚度。(2)粒子擴散：A+從樹脂顆粒表面擴散到交換中心。其速度取決于顆?？讖健㈩w粒半徑、樹脂交換容量、離子A+的半徑與電荷、平衡離子的性質(zhì)。(3)離子A+與平衡離子B+交換，相當于與樹脂發(fā)生復分解反應，速度極快。(4)離子B+從交換中心擴散到離子表面。(5)離子B+擴散到溶液中。七七.離子交換過程的理論基礎離子交換過程的理論基礎影響離子交換速度的因素：(1)樹脂顆

18、粒大，溶液離子濃度稀，樹脂對離子吸附弱，攪拌快時，交換速度主要受粒子擴散限制。(2)樹脂顆粒小，溶液離子濃度大，樹脂對離子吸附強、攪拌慢時，膜擴散限制大。(3)樹脂粒度：交換離子向內(nèi)擴散的速度與粒子半徑的平方呈反比，平衡離子向外擴散的速度與半徑成反比。樹脂粒度大交換速度慢。七七.離子交換過程的理論基礎離子交換過程的理論基礎影響離子交換速度的因素：(4)攪拌速度：能影響膜擴散速度，與交換速度呈正相關(guān)。攪拌速度增大到一定程度后影響變小。(5)樹脂交聯(lián)度：交聯(lián)度大則樹脂孔徑小，離子運動阻力大，交換速度低。(6)離子半徑和離子價：離子水合半徑增大，交換速度下降，離子每增加一個電荷，交換速度下降一個數(shù)量

19、級。大分子在樹脂中的擴散速度特別慢。(7)溫度：交換體系溫度高時由于離子擴散加快，交換速度也加快，但必須考慮到生化物質(zhì)對溫度的穩(wěn)定性。(8)離子濃度：交換體系如是稀溶液，交換速度隨離子濃度的上升而加快。但達到一定濃度后，交換速度不再隨濃度上升。七七.離子交換過程的理論基礎離子交換過程的理論基礎（三）離子交換動力學研究固定床中離子交換的規(guī)律。設想有一個離子交換柱，原來在樹脂上的平衡離子為2，現(xiàn)通入交換離子1的溶液去取代2。當離子1逐漸通入時，離子2被取代，在樹脂層的上部逐漸形成一層樹脂，其中只含有離子1。接著流入的離子1溶液通過這層樹脂，顯然不起交換，而當它繼續(xù)往下流時，就要發(fā)生交換，溶液中離子

20、1的濃度逐漸減至0，而2的濃度逐漸增至離子1的原始當量濃度。再繼續(xù)往下流時，由于溶液中已經(jīng)不含離子1，故也不發(fā)生交換。交換帶：交換離子1由于不斷被樹脂吸附，其濃度從起始C0逐漸下降到0，而平衡離子1由于逐漸被釋放，則濃度由0上升到C0。七七.離子交換過程的理論基礎離子交換過程的理論基礎（三）離子交換動力學 因為離子交換系按當量進行，如下圖中曲線1和2是對稱的，互為鏡像關(guān)系，這兩種離子在交換帶中互相混在一起，沒有分層。當它們繼續(xù)向下流時，如果條件適當，交換帶逐漸變窄，兩種離子逐漸分層，離子2集中在前面，離子1集中在后面，中間形成一較明顯的分界線。這樣繼續(xù)往下流，交換帶愈來愈窄，分界線也就愈來愈明

21、顯，一直到柱的出口。在流出液中，開始出來的是樹脂層空隙中的水，而后出來的是離子2，在某一時候，流出液中出現(xiàn)離子1，此時稱為漏出液。七七.離子交換過程的理論基礎離子交換過程的理論基礎 交換帶窄，有利于提高分辨率。 影響交換帶的因素 1) K1交換帶窄。K值愈大交換帶愈窄。 2)平衡離子和交換離子對樹脂的吸附能力影響交換帶寬度。 3)交換離子濃度過大交換帶略寬。 4)柱床流速高于交換速度也會加寬交換帶。 七七.離子交換過程的理論基礎離子交換過程的理論基礎七七.離子交換過程的理論基礎離子交換過程的理論基礎八八.離子交換過程的選擇性離子交換過程的選擇性 離子交換過程的選擇性就是某種樹脂對不同離子交換親

22、和能力的差別，離子和樹脂功能基的親和力越大，就越易被該樹脂吸附。 離子交換的選擇性集中體現(xiàn)在交換常數(shù)K上。八八.離子交換過程的選擇性離子交換過程的選擇性影響離子交換過程選擇性的各種因素：1.離子的水化半徑(水合離子半徑) 對無機離子而言，離子水合半徑越小，離子和功能基團的親和力就越大，就越容易被吸附。這是因為離子在水溶液中都要和水分子發(fā)生水合作用形成水化離子，此時的半徑才表達離子在溶液中的大小。 原子序數(shù)越大，水合半徑越小，離子與樹脂的結(jié)合能力越強。 當原子序數(shù)增加時，離子半徑也隨之增加，離子表面電荷密度相對減少，水化能降低、吸附的水分子減少，水化半徑也減小，離子對樹脂功能基團的結(jié)合力增大。八

23、八.離子交換過程的選擇性離子交換過程的選擇性影響離子交換過程選擇性的各種因素：1.離子的水化半徑(水合離子半徑)按水化半徑次序，各種離子對樹脂親和力的大小有以下順序：對1價陽離子： LiNa+、K+NH4+Rb+Cs+Ag+Ti+對2價陽離子： Mg2+Zr2+Cu2+Ni2+Co2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+對1價陰離子： F-HCO3-Cl-HSO3-Br-NO3-IAl3+Cu2+Na+ 當溶液中2種不同價離子的濃度由于加水稀釋，兩種離子濃度均下降但比值不變，此時高價離子更易被吸附。八八.離子交換過程的選擇性離子交換過程的選擇性影響離子交換過程選擇性的各種因素：3.溶液的pH值 各

24、種樹脂活性基團的解離度不同，因而交換時受溶液pH的影響而有較大的差別。對強酸、強堿樹脂來說，任何pH下都可以進行交換反應，對弱酸、弱堿樹脂則交換應分別在偏堿性、偏酸性或中性溶液中進行。八八.離子交換過程的選擇性離子交換過程的選擇性影響離子交換過程選擇性的各種因素：4.交聯(lián)度、膨脹度、分子篩交聯(lián)度大、結(jié)構(gòu)緊密、膨脹度小、樹脂篩分能力大，促使吸附量增加，其交換常數(shù)也大。相反交聯(lián)度小、結(jié)構(gòu)松弛、膨脹度大，吸附量減少，交換常數(shù)K值也小。八八.離子交換過程的選擇性離子交換過程的選擇性影響離子交換過程選擇性的各種因素：5.樹脂和交換離子之間的輔助力 無機離子的交換常數(shù)多在110之間。而在有機離子交換時發(fā)現(xiàn)

25、分子量越大，交換常數(shù)也越大，甚至高達數(shù)百到1000，這種現(xiàn)象單純用靜電吸附力無法解釋。實際上是由于存在著一些輔助力。輔助力：氫鍵、范德華力。樹脂吸附大離子后，在被吸附離子間相互存在著輔助力，樹脂上吸附的大離子越多，輔助力也越大。八八.離子交換過程的選擇性離子交換過程的選擇性影響離子交換過程選擇性的各種因素：6.有機溶劑的影響離子交換樹脂在水和非水體系中的行為是不同的。有機溶劑的存在會使樹脂收縮、結(jié)構(gòu)變緊密、降低吸附有機離子的能力而相對提高吸附無機離子的能力。原因：(1)有機離子使離子溶劑化程度降低、易水化的無機離子降低程度大于有機離子；(2)有機溶劑會降低物質(zhì)的電離度，對有機物的影響更明顯。兩

26、種因素都導致在有機溶劑存在時不利于有機離子的吸附?？衫么诵再|(zhì)進行洗脫。九.離子交換法操作條件的選擇1.根據(jù)抗生素離子的性質(zhì)、電荷強弱及洗脫的易難來選擇合適的樹脂。(1)帶正電荷的堿性抗生素用陽離子樹脂，帶負電荷的酸性抗生素用陰離子交換樹脂。 強堿性和強酸性抗生素宜選用弱酸和弱堿樹脂而不使用強酸和強堿樹脂，這是因為強酸、強堿樹脂和抗生素結(jié)合過強，不易洗脫，而弱酸和弱堿既能吸附且容易洗脫。另外，弱酸、弱堿樹脂較強酸、強堿樹脂又有交換容量大、再生劑省的優(yōu)點。 對于弱酸、弱堿性抗生素則需用強酸或強堿樹脂，若用弱酸或弱堿樹脂吸附，則吸附后容易水解，使吸附能力降低。九.離子交換法操作條件的選擇1.根據(jù)抗

27、生素離子的性質(zhì)、電荷強弱及洗脫的易難來選擇合適的樹脂。(2)樹脂可交換離子的型式: 陽樹脂有酸型(氫型)和鹽型(Na+、K+等)，陰樹脂有堿型(羥型)和鹽型(Cl-、SO42-等)可以使用。一般來說，為使樹脂可交換離子離解以提高吸附能力，弱酸性和弱堿性樹脂應采用鹽型，而強酸性和強堿性樹脂則根據(jù)用途任意使用。對于在酸、堿性條件易破壞的抗生素，也不宜使用氫型或羥型樹脂。九.離子交換法操作條件的選擇1.根據(jù)抗生素離子的性質(zhì)、電荷強弱及洗脫的易難來選擇合適的樹脂。(3)樹脂的體積交換容量和使用壽命：在工業(yè)化生產(chǎn)中，這些因素關(guān)系到工業(yè)技術(shù)的可行性、設備生產(chǎn)能力和經(jīng)濟效益的好壞。因此必須盡可能選用體積交換

28、量高、選擇性好、使用壽命長的樹脂。九.離子交換法操作條件的選擇2.最適工藝條件的選擇(1)交換時溶液的pH值：選擇的pH應能滿足抗生素能離子化；樹脂功能基能離子化；在抗生素穩(wěn)定的pH范圍內(nèi)等條件。(2)洗滌劑：飽和后的樹脂，要選擇合適的洗滌劑如水、稀酸、鹽或其他絡合劑等洗凈交換廢液及夾帶的雜質(zhì)。所選用的洗滌劑應能使雜質(zhì)從樹脂上洗脫下來，而不會使有效組分洗脫下來，也不應和有效組分產(chǎn)生化學反應。九.離子交換法操作條件的選擇2.最適工藝條件的選擇(3)洗脫條件的選擇： 洗脫過程是吸附過程的逆過程，因此洗脫條件一般和吸附過程條件相反。如酸性吸附應堿性洗脫，堿性吸附應酸性洗脫。洗脫流速一般為吸附流速的1

29、/10。為防止洗脫過程pH變化過大，可選用緩沖液洗脫劑。十.離子交換法的應用鏈霉素 鏈霉素為一強堿性抗生素，在pH45時穩(wěn)定，強酸樹脂雖可吸附但很難洗脫，故選用弱酸樹脂。氫型弱酸樹脂在酸性溶液不起交換作用，故采用鈉型樹脂吸附。吸附前用水稀釋發(fā)酵液，目的是提高鏈霉素高價離子的交換選擇性。其他低價雜質(zhì)離子的吸附量飽和后用大量軟水正、反洗滌樹脂至流出水澄清，方可洗脫。弱酸(羧酸)樹脂和H+的親和力很強，用5%硫酸即可洗脫完全，采取數(shù)罐串聯(lián)洗脫和提高硫酸濃度的辦法可以提高洗脫液濃度，減少雜質(zhì)含量。十一.電滲析法定義及原理 又稱離子交換膜電滲析。將離子交換樹脂制成薄膜的形式就得到了離子交換膜。 和離子交

30、換樹脂一樣，按功能團不同，離子交換膜可以分為陽離子交換膜和陰離子交換膜。陽離子交換膜能透過陽離子(不能透過陰離子)，陰離子交換膜能透過陰離子(不能透過陽離子)。十一.電滲析法定義及原理陽膜陰膜-+H2Cl2NaOHNa+Cl-十一.電滲析法定義及原理電滲析制備無鹽水電滲析制備無鹽水的原理以三槽電滲析池為例。如果開始時三室中都有氯化鈉溶液，則當通直流電流后，中間室的Cl-通過陰膜，趨向陽極，在陽極上發(fā)生電極反應生成Cl2；中間室的Na+通過陽膜，趨向陰極，在陰極上發(fā)生電極反應，產(chǎn)生H2和NaOH，這樣通電的結(jié)果，中間室的NaCl愈來愈少，而得到無鹽水。和通常用離子交換樹脂制備無鹽水不同，用離子交

31、換膜時不需要再生，脫鹽連續(xù)地靠電能來實現(xiàn)，因而操作方便，節(jié)省酸堿，避免排放大量廢酸、廢堿，有利于環(huán)境的整治。在三槽電滲析池中，電極反應消耗電能很大。為節(jié)省電能，工業(yè)上多用多槽式裝置。因為電極反應所消耗的能量，不論層數(shù)多少都為定值，故工業(yè)上電滲析裝置多由幾百對膜組成。十二十二.離子交換過程的三個動力學控制過程離子交換過程的三個動力學控制過程 外部擴散外部擴散 內(nèi)部擴散內(nèi)部擴散 交換反應交換反應( (很快很快) )離子交換的控制步驟離子交換的控制步驟 內(nèi)擴散控制條件：液相速度越快、濃度越小、顆粒越大、內(nèi)擴散控制條件：液相速度越快、濃度越小、顆粒越大、吸附越弱，越趨向于內(nèi)擴散控制。吸附越弱，越趨向于

32、內(nèi)擴散控制。 外擴散控制的條件：液相流速慢、濃度大、顆粒小、吸附外擴散控制的條件：液相流速慢、濃度大、顆粒小、吸附強，越趨向于外擴散控制。強，越趨向于外擴散控制。十二十二.離子交換過程的三個動力學控制過程離子交換過程的三個動力學控制過程十三十三.離子交換速度方程離子交換速度方程（1）當外擴散控制時，離子交換速度方程為：）當外擴散控制時，離子交換速度方程為：十三十三.離子交換速度方程離子交換速度方程（2）當內(nèi)擴散控制時，離子交換速度方程為：）當內(nèi)擴散控制時，離子交換速度方程為：十四十四.離子交換設備離子交換設備1.分類分類 根據(jù)離子交換的操作方式不同，可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩大根據(jù)離子交換的操作方式

33、不同，可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩大類交換設備。類交換設備。 靜態(tài)交換設備：一個帶有攪拌器的反應罐，反應罐僅作靜靜態(tài)交換設備：一個帶有攪拌器的反應罐，反應罐僅作靜態(tài)交換用，交換后利用沉降、過濾和水力旋風將樹脂分離，態(tài)交換用，交換后利用沉降、過濾和水力旋風將樹脂分離，然后裝入解吸罐（柱）中洗滌和解吸。生產(chǎn)中較少采用。然后裝入解吸罐（柱）中洗滌和解吸。生產(chǎn)中較少采用。1.分類分類 根據(jù)離子交換的操作方式不同，可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩大類交換設備。根據(jù)離子交換的操作方式不同，可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩大類交換設備。動態(tài)交換設備：動態(tài)交換設備： 固定床：單床、多床、復床、混合床等。固定床：單床、多床、復床、混合床等。流

34、動床：溶液和樹脂以相反的方向均連續(xù)不斷地流入和離開交換設備，流動床：溶液和樹脂以相反的方向均連續(xù)不斷地流入和離開交換設備，一般也有單床和多床之分。一般也有單床和多床之分。十四十四.離子交換設備離子交換設備2.離子交換設備的結(jié)構(gòu)離子交換設備的結(jié)構(gòu)a.常用離子交換罐常用離子交換罐2.離子交換設備的結(jié)構(gòu)離子交換設備的結(jié)構(gòu)a.常用離子交換罐常用離子交換罐外形：具有橢圓型頂及底的圓筒型設備外形：具有橢圓型頂及底的圓筒型設備 高徑比：高徑比：2-3，最大為，最大為5； 樹脂層高度約占圓筒高度的樹脂層高度約占圓筒高度的50-70%。材料：鋼板、內(nèi)襯橡膠以防止酸堿腐蝕。材料：鋼板、內(nèi)襯橡膠以防止酸堿腐蝕。b.

35、反吸附離子交換罐反吸附離子交換罐2.離子交換設備的結(jié)構(gòu)離子交換設備的結(jié)構(gòu)2.離子交換設備的結(jié)構(gòu)離子交換設備的結(jié)構(gòu)b.反吸附離子交換罐反吸附離子交換罐 工作方式：溶液由罐的下部以一定流速導入，使樹脂在罐工作方式：溶液由罐的下部以一定流速導入，使樹脂在罐內(nèi)呈沸騰狀態(tài)，交換后的廢液從罐頂?shù)某隹谝绯觥?nèi)呈沸騰狀態(tài)，交換后的廢液從罐頂?shù)某隹谝绯觥?特點：反吸附可以省去菌絲過濾，且液固兩相接觸充分，特點：反吸附可以省去菌絲過濾，且液固兩相接觸充分，操作時不產(chǎn)生短路和死角。因此，生產(chǎn)周期短，解吸后得操作時不產(chǎn)生短路和死角。因此，生產(chǎn)周期短，解吸后得到的生物產(chǎn)品質(zhì)量高。到的生物產(chǎn)品質(zhì)量高。2.離子交換設備的結(jié)

36、構(gòu)離子交換設備的結(jié)構(gòu)c.混合床離子交換罐混合床離子交換罐2.離子交換設備的結(jié)構(gòu)離子交換設備的結(jié)構(gòu)c.混合床離子交換罐混合床離子交換罐 構(gòu)成構(gòu)成:混合床內(nèi)的樹脂是由陽、陰兩種樹脂混合而成，脫混合床內(nèi)的樹脂是由陽、陰兩種樹脂混合而成，脫鹽較完全。鹽較完全。 應用：制備無鹽水?？蓪⑺械年枴㈥庪x子除去，從樹脂應用：制備無鹽水?？蓪⑺械年枴㈥庪x子除去，從樹脂上交換出來的上交換出來的H+和和OH-結(jié)合成水，可以避免溶液中結(jié)合成水，可以避免溶液中pH的變的變化而破壞生物產(chǎn)品?；茐纳锂a(chǎn)品。d.連續(xù)式離子交換設備連續(xù)式離子交換設備2.離子交換設備的結(jié)構(gòu)離子交換設備的結(jié)構(gòu)d.連續(xù)式離子交換設備連續(xù)式離子

37、交換設備 特點：交換速度快，產(chǎn)品質(zhì)量均勻，連續(xù)化生產(chǎn)，便于自特點：交換速度快，產(chǎn)品質(zhì)量均勻，連續(xù)化生產(chǎn)，便于自動控制。樹脂破壞大，設備及操作較復雜且不易控制。動控制。樹脂破壞大，設備及操作較復雜且不易控制。 應用：在軟水及無鹽水的中間規(guī)模生產(chǎn)中采用。應用：在軟水及無鹽水的中間規(guī)模生產(chǎn)中采用。吸附法內(nèi)容提要內(nèi)容提要 吸附法的定義吸附法的定義 吸附的機理吸附的機理 吸附類型及特點吸附類型及特點 吸附劑的種類吸附劑的種類 吸附過程的影響因素吸附過程的影響因素 吸附等溫線吸附等溫線 吸附過程工藝計算吸附過程工藝計算1.吸附法的定義吸附法的定義 利用適當?shù)奈絼?，在一定的pH條件下，使發(fā)酵液中的微生物藥

38、物被吸附劑吸附，然后再以適當?shù)南疵搫⑽降乃幬飶奈絼┥辖馕聛?，達到濃縮和提純的目的，這樣的提取方法稱為吸附法。2.吸附的機理吸附的機理 固體可分為兩類，分別為多孔和非多孔性兩類物質(zhì)。其中多孔性固體的比表面積是由外表面積和內(nèi)表面積所組成。內(nèi)表面積比外表面積大幾百倍，并具有較大的吸附能力，故可應用多孔性固體物質(zhì)作為吸附劑。2.吸附的機理吸附的機理多孔性固體物質(zhì)具有吸附能力的原因：多孔性固體物質(zhì)具有吸附能力的原因： 因為固體表面分子（或原子）所處的狀態(tài)與固體內(nèi)部分子或原子所處因為固體表面分子（或原子）所處的狀態(tài)與固體內(nèi)部分子或原子所處的狀態(tài)不同。固體內(nèi)部分子（或原子）受到鄰近四周分子的作用力是

39、的狀態(tài)不同。固體內(nèi)部分子（或原子）受到鄰近四周分子的作用力是對稱的，作用力總和為零，即彼此互相抵消，故分子處于平衡狀態(tài)，對稱的，作用力總和為零，即彼此互相抵消，故分子處于平衡狀態(tài)，但在界面上的分子同時受到不相等的兩相分子的作用力，因此界面分但在界面上的分子同時受到不相等的兩相分子的作用力，因此界面分子所受力是不對稱的。作用力的總和不等于零，合力方向指向固體內(nèi)子所受力是不對稱的。作用力的總和不等于零，合力方向指向固體內(nèi)部，所以處于表面層的固相分子始終受到一種力的作用。所以微粒能部，所以處于表面層的固相分子始終受到一種力的作用。所以微粒能自發(fā)地吸附分子、原子或離子，并在其表面附近形成多分子層單分子

40、自發(fā)地吸附分子、原子或離子，并在其表面附近形成多分子層單分子層。層。2.吸附的機理吸附的機理 吸附作用：當物質(zhì)從流體相（氣體或液體）濃縮到固體表吸附作用：當物質(zhì)從流體相（氣體或液體）濃縮到固體表面從而達到分離的過程。面從而達到分離的過程。 吸附劑：在表面上能發(fā)生吸附作用的固體微粒稱為吸附劑。吸附劑：在表面上能發(fā)生吸附作用的固體微粒稱為吸附劑。 吸附物：被吸附的物質(zhì)。吸附物：被吸附的物質(zhì)。 例如：活性炭脫色，其中活性炭為吸附劑，色素是吸附物。例如：活性炭脫色，其中活性炭為吸附劑，色素是吸附物。三三.吸附類型及特點吸附類型及特點1.吸附類型：吸附類型：（按照吸附劑和吸附物之間作用力的不同，吸附可分

41、為三種類型）1.1物理吸附物理吸附定義：吸附劑和吸附物之間作用力是分子間引力（范德華力）。特點:(1)物理吸附無選擇性。 (2)在低溫下也可進行，不需要較高的活化能。 (3)吸附物在固體表面可以是單層吸附也可以是多層吸附。 (4)吸附速度與解吸速度都比較快，易達到吸附平衡狀態(tài)。三三.吸附類型及特點吸附類型及特點1.吸附類型： 1.2化學吸附 定義：由于固體表面原子的價，未完全被相鄰原子所飽和，還有剩余的成鍵能力，在吸附劑與吸附物之間有電子轉(zhuǎn)移，生成化學鍵。特點:(1)化學吸附需要較高的活化能，需要在較高溫度下進行。 (2)吸附過程放出熱量很大，與化學反應相近。 (3)由于化學吸附生成化學鍵，因

42、而只能是單分子層吸附。 (4)不易吸附和解吸、平衡慢。 (5)化學吸附的選擇性較強，即一種吸附劑只對某種或特定幾種物質(zhì)有吸附作用。三三.吸附類型及特點吸附類型及特點1.吸附類型：吸附類型：1.3交換吸附交換吸附定義：吸附劑表面如為極性分子或離子所組成，則它會吸引溶液中帶相反電荷的離子而形成雙電層。這種吸附稱為極性吸附。同時在吸附劑與溶液間發(fā)生離子交換，即吸附劑吸附離子后，同時要放出等當量的離子于溶液中。影響因素：離子的電荷是交換吸附的決定因素，離子所帶電荷越多，它在吸附劑表面的相反電荷點上的吸附力就越強。三三.吸附類型及特點吸附類型及特點2.吸附特點：吸附特點：(1)操作簡便、設備簡單、價廉、

43、安全。操作簡便、設備簡單、價廉、安全。(2)少用或不用溶劑，吸附與洗脫過程中少用或不用溶劑，吸附與洗脫過程中pH變化小，較少引變化小，較少引起生物活性物質(zhì)的變性失活。起生物活性物質(zhì)的變性失活。(3)天然吸附劑的吸附性能和吸附條件較難控制（特別是無機天然吸附劑的吸附性能和吸附條件較難控制（特別是無機吸附劑），吸附選擇性差，收率不高，難以連續(xù)操作。吸附劑），吸附選擇性差，收率不高，難以連續(xù)操作。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類1.活性炭1.1活性炭的分類(1)粉末狀活性炭：顆粒極細，呈粉末狀，其總表面積、吸附力和吸附量都特別大，是活性炭中吸附力最強的一類。 但因顆粒太細，影響過濾速度或在層析過程中流

44、速太慢，需要加壓或減壓操作，手續(xù)麻煩。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類1.活性炭1.1活性炭的分類(2)顆粒狀活性炭：顆粒較前者大，其總表面積相應減小，吸附力及吸附量次于粉末狀活性炭。過濾速度或?qū)游隽魉僖子诳刂?，不需要加壓或減壓操作，克服了粉末狀活性炭的缺點。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類1.活性炭1.1活性炭的分類(3)錦綸-活性炭： 以錦綸為粘合劑，將粉末狀活性炭制成顆粒。其總表面積比顆粒狀活性炭大，比粉末狀活性炭小，其吸附力比前兩者都弱。 錦綸不僅起粘合作用，也是一種活性炭的脫活性劑，可用于分離前兩種活性炭吸附太強而不易洗脫的化合物。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類1.活性炭1.2活性炭的選

45、擇及應用三種活性炭的吸附力強弱次序：粉末狀活性炭顆粒狀活性炭錦綸-活性炭在提取分離過程中，根據(jù)分離物質(zhì)的性質(zhì)，選擇適當吸附力的活性炭是成功的關(guān)鍵。當欲分離物不易被活性炭吸附時，要選擇吸附力強的活性炭；當欲分離物很易被活性炭吸附時，要選擇吸附力弱的活性炭。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類1.活性炭1.2活性炭的選擇及應用 在首次分離料液或樣品時，一般先選用顆粒狀活性炭。如待分離的物質(zhì)不能被吸附，則改用粉末狀活性炭。如待分離的物質(zhì)吸附后不能洗脫或很難洗脫，造成洗脫溶劑體積過大，洗脫高峰不集中，則改用錦綸-活性炭。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類1.活性炭1.3活性炭對物質(zhì)的吸附規(guī)律：活性炭是非極性吸附

46、劑，因此在水溶液中吸附力最強，在有機溶劑中吸附力較弱。(1)對極性基團(-COOH，-NH2，-OH等）多的化合物的吸附力大于極性基團少的化合物。例如：活性炭對酸性氨基酸和堿性氨基酸的吸附力大于中型氨基酸。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類1.活性炭1.3活性炭對物質(zhì)的吸附規(guī)律：(2)對芳香族化合物的吸附力大于脂肪族化合物，因而可借此性質(zhì)將芳香族氨基酸與脂肪族氨基酸分開。(3)活性炭對分子量大的化合物，吸附力大于分子量小的化合物。例如：對肽的吸附力大于氨基酸，對多糖的吸附力大于單糖。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類1.活性炭1.3活性炭對物質(zhì)的吸附規(guī)律：(4)發(fā)酵液的pH與活性炭的吸附效率有關(guān)，一般

47、堿性抗生素在中性情況下吸附，酸性下解吸；酸性抗生素在中性情況下吸附，堿性解吸。(5)活性炭吸附溶質(zhì)的量在未達到平衡前一般隨溫度提高而增加；但在提高溫度時應考慮到溶質(zhì)對熱的穩(wěn)定性，如對熱穩(wěn)定性較差的藥物，溫度高會破壞。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類2.人造沸石 人造沸石是人工合成的一種無機陽離子交換劑，分子式：Na2Al2O4xSiO2yH2O以Na2Z代表沸石，M+表示溶液中陽離子，則： Na2Z+2 M+ M2Z+2Na+四四.吸附劑的種類吸附劑的種類3.磷酸鈣凝膠 磷酸鈣凝膠有多種形式： 如：磷酸鈣，磷酸氫鈣，羥基磷石灰。 一般認為：磷酸鈣對蛋白質(zhì)的吸附作用主要是其中Ca2+與蛋白質(zhì)負電基

48、團結(jié)合。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類4.白陶土 白陶土可分為天然白陶土和酸性白陶土兩種。 在生物制藥工藝中常作為某些活性物質(zhì)的純化分離的吸附劑，也可作為助濾劑與去除熱原質(zhì)的吸附劑。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類5.氫氧化鋁凝膠 將氨水或堿液加入鋁鹽所形成的一種無定形凝膠?？捎糜诘鞍踪|(zhì)及酶的制備。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類6.氧化鋁 適用于親脂性成分的分離，廣泛地應用在醇、酚、生物堿、染料、甾體化合物、苷類、氨基酸、蛋白質(zhì)以及維生素、抗生素等物質(zhì)的分離。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類7.硅膠 硅膠表面上帶有大量的硅羥基，有很強的親水性，能吸附多量的水，稱自由水。吸附活性的強弱和自由水的含量

49、有關(guān)，自由水多，活性低，自由水少，活性高。 硅膠能吸附非極性化合物，也能吸附極性化合物?？捎糜诜枷阌汀⑤祁?、固醇類、生物堿、強心甙、蒽醌類、酸性化合物、磷脂類、脂肪類、氨基酸等的吸附分離。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類8.滑石粉 滑石粉的成分為：偏硅酸鎂。 滑石粉以不易起反應和吸附能力弱為特點，可作助濾劑。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類9.硅藻土 主要成分為：無定形的二氧化硅。 硅藻土具有大量吸附液體的能力，由于化學上穩(wěn)定，具有孔隙和吸附能力弱等特點，是一種很好的助濾劑。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類10.皂土 也稱膨潤土或漿土，其主要成分是鋁和鎂的硅酸鹽。 它的帶電部分能結(jié)合金屬離子，多肽和

50、堿性蛋白，是核酸酶的抑制劑。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類11.聚酰胺粉 聚酰胺是一類化學纖維的原料，國外稱為尼龍，我國稱錦綸，對黃酮等酸性物質(zhì)有選擇性的可逆吸附作用，性質(zhì)極近的類似物也有很好的分離效果。適于吸附分離黃酮類、酚類、芳香族酸類、鞣酸、蒽醌類和芳香硝基化合物等。四四.吸附劑的種類吸附劑的種類12.大網(wǎng)格聚合物吸附劑 大網(wǎng)格聚合物是一種非離子型共聚物，它能夠借助范德華力從溶液中吸附各種有機物質(zhì)。五五.吸附過程的影響因素吸附過程的影響因素1.吸附劑的特性吸附劑的表面積越大，吸附量越多。比表面積：每克吸附劑所具有的表面積。增加吸附劑表面積的方法：將吸附劑磨碎成小的顆粒。吸附劑的活化：通過

51、處理使其表面具有一定的吸附特性或增加表面積。五五.吸附過程的影響因素吸附過程的影響因素2.吸附物的性質(zhì)(1)能使表面張力降低的物質(zhì)，易為表面所吸附。(2)溶質(zhì)從較易溶解的溶劑中被吸附時，吸附量較少。相反洗脫時，采用溶解度較大的溶劑，洗脫就較容易。(3)極性吸附劑易吸附極性物質(zhì)，非極性吸附劑易吸附非極性物質(zhì)；因而極性吸附劑適宜從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)；而非極性吸附劑適宜從極性溶劑中吸附非極性物質(zhì)。(4)對于同系列物質(zhì)，吸附量的變化是有規(guī)則的，次序愈在后面的物質(zhì)，極性愈差，因而愈易為非極性吸附劑所吸附，而愈難為極性吸附劑所吸附。五五.吸附過程的影響因素吸附過程的影響因素3.吸附條件3.1溫度 根

52、據(jù)所吸附物的性質(zhì)的性質(zhì)與吸附劑的種類不同，適于吸附的溫度不同。情況較為復雜。五五.吸附過程的影響因素吸附過程的影響因素3.吸附條件3.2pH值 溶液的pH值往往會影響吸附劑或吸附物解離情況，進而影響吸附量，對蛋白質(zhì)或酶類等兩性物質(zhì)，一般在等電點附近吸附量最大。五五.吸附過程的影響因素吸附過程的影響因素3.吸附條件3.3鹽的濃度 鹽對吸附過程的影響比較復雜，與吸附劑和吸附物的種類不同而不同。六六.吸附等溫線吸附等溫線概念：當固體吸附劑從溶液中吸附溶質(zhì)達到平衡達到平衡時，其吸附量與溶液濃度和溫度有關(guān)。當溫度一定時，吸附量與濃度之間的函數(shù)關(guān)系稱為吸附等溫線。 由于吸附劑與吸附物之間的作用力不同，吸附

53、劑表面狀態(tài)不同，則吸附等溫線也相應不同。六六.吸附等溫線吸附等溫線吸附等溫線方程的建立： 假定：吸附是在活性中心上進行的，這些活性中心具有均勻的能量，而且相隔較遠。因此吸附物分子間無相互作用力。每個活性中心只能吸附一個分子，即形成單分子吸附層。六六.吸附等溫線吸附等溫線下圖所示的三類等溫線在生物工程吸附分離過程中都存在。下圖所示的三類等溫線在生物工程吸附分離過程中都存在。0.00.20.40.60.81.00.00.51.0吸附量 （千 克 /千 克 ）溶 液濃度 （千 克 /立 方米 ）3211:氟朗德利希吸附等溫線氟朗德利希吸附等溫線2:朗格謬爾吸附等溫線朗格謬爾吸附等溫線3:線形吸附等溫

54、線線形吸附等溫線六六.吸附等溫線吸附等溫線3線：線性吸附等溫線線：線性吸附等溫線 q=KC式中：式中： q:單位質(zhì)量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)量，單位質(zhì)量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)量，kg(溶質(zhì)溶質(zhì))/kg(吸附劑吸附劑)； k:吸附平衡常數(shù)，吸附平衡常數(shù)，m3(溶液溶液)/kg(吸附劑吸附劑)； c:溶液中吸附質(zhì)濃度，溶液中吸附質(zhì)濃度， kg(溶質(zhì)溶質(zhì))/ m3(溶液溶液) 線性吸附等溫室不常見。線性吸附等溫室不常見。只是朗格謬爾吸附等溫曲線和氟朗德利希吸附只是朗格謬爾吸附等溫曲線和氟朗德利希吸附等溫線在低溶質(zhì)濃度范圍內(nèi)的近似表達等溫線在低溶質(zhì)濃度范圍內(nèi)的近似表達六六.吸附等溫線吸附等溫線1線：氟朗德利

55、希經(jīng)驗方程： q=KCn Lgq=nlgC+lgk式中：K：吸附平衡常數(shù) n:指數(shù)斜率：n；截距：lgk。當n1時：吸附不理想。六六.吸附等溫線吸附等溫線2線：朗格謬爾吸附等溫式：K:吸附平衡常數(shù)，kg(溶質(zhì))/ m3(溶液)q0：單位質(zhì)量的吸附劑完全將溶液中的吸附質(zhì)吸附出來的吸附質(zhì)量，kg(溶質(zhì))/kg(吸附劑)； c:溶液中吸附質(zhì)濃度， kg(溶質(zhì))/ m3(溶液)q=q0k+cC七七.吸附過程工藝計算吸附過程工藝計算吸附問題計算遵循的原則：吸附問題計算遵循的原則： 吸附平衡：吸附等溫式；吸附平衡：吸附等溫式； 質(zhì)量衡算：質(zhì)量平衡。質(zhì)量衡算：質(zhì)量平衡。七七.吸附過程工藝計算吸附過程工藝計算

56、例題：應用0.08m3改性葡聚糖吸附免疫球蛋白G。通過實驗測定知，每m3吸附劑可吸附免疫球蛋白最高量達7.8mol。已知該吸附符合朗格謬爾吸附等溫方程，吸附平衡常數(shù)為k=0.019mol/m3?，F(xiàn)要分離1.2m3免疫球蛋白溶液，且要求吸附回收率達到90%，求吸附殘液中球蛋白濃度C為多少？七七.吸附過程工藝計算吸附過程工藝計算解：題設中90%的回收率，設C0為進料中免疫球蛋白的濃度，則吸附殘液中含球蛋白濃度為C=0.1C0 由朗格謬爾吸附等溫式可得單位重量吸附劑的吸附量為：q=q0k+cC=7.8 0.1C00.1C00.019 +七七.吸附過程工藝計算吸附過程工藝計算由免疫球蛋白的質(zhì)量衡算，可

57、得：總免疫球蛋白的量=吸附的蛋白量+未被吸附的蛋白量 1.2C0=1.20.1C0+0.08q解上述兩式組成的聯(lián)立方程，得：C0=0.388(mol/m3)故吸附殘液中免疫球蛋白的濃度為：C=0.1C0=0.0388(mol/m3)8.吸附操作及設備吸附操作及設備（1）吸附操作的種類吸附操作的種類 攪拌罐內(nèi)的吸附操作：吸附主要在攪拌容器中進行，使吸攪拌罐內(nèi)的吸附操作：吸附主要在攪拌容器中進行，使吸附劑與溶劑均勻混合，促使吸附的進行。附劑與溶劑均勻混合，促使吸附的進行。 固定床或移動床吸附：吸附劑在容器中形成床層，溶液從固定床或移動床吸附：吸附劑在容器中形成床層，溶液從床層流過時被吸附，操作方式

58、多采用間歇式或多級串聯(lián)式。床層流過時被吸附，操作方式多采用間歇式或多級串聯(lián)式。（2）攪拌罐內(nèi)的吸附操作攪拌罐內(nèi)的吸附操作只能達到一級吸附平衡只能達到一級吸附平衡1）操作方式）操作方式 溶液和吸附劑在攪拌罐中通過攪拌充分接觸，在操作溫度溶液和吸附劑在攪拌罐中通過攪拌充分接觸，在操作溫度下維持一定時間后，通過沉降或過濾將吸附劑與液體分離，下維持一定時間后，通過沉降或過濾將吸附劑與液體分離，再進入下一步解吸工序。再進入下一步解吸工序。（2）攪拌罐內(nèi)的吸附操作攪拌罐內(nèi)的吸附操作只能達到一級吸附平衡只能達到一級吸附平衡 2）計算）計算 若一次加入溶液量為若一次加入溶液量為V，其濃度為其濃度為C0，加入吸

59、附劑量為加入吸附劑量為m，吸附結(jié)束后，吸附結(jié)束后，溶液濃度變?yōu)槿芤簼舛茸優(yōu)镃，設吸附劑的初始吸附量為設吸附劑的初始吸附量為q0，吸附結(jié)束后的量變?yōu)槲浇Y(jié)束后的量變?yōu)閝，則根據(jù)物料衡算有：則根據(jù)物料衡算有： m(q-q0)=V(C0-C)或：或： q= q0+V (C0-C)/m 表明經(jīng)過一段時間后吸附量表明經(jīng)過一段時間后吸附量q與溶液濃度與溶液濃度C之間的操作關(guān)系，操作線的之間的操作關(guān)系，操作線的斜率為斜率為-V/m，此操作線與平衡線的交點即為吸附達到平衡時的最大吸此操作線與平衡線的交點即為吸附達到平衡時的最大吸附量附量qmax，與此對應的溶液，濃度則為最小濃度與此對應的溶液，濃度則為最小濃度

60、Cmin。（2）攪拌罐內(nèi)的吸附操作攪拌罐內(nèi)的吸附操作只能達到一級吸附平衡只能達到一級吸附平衡 根據(jù)物料衡算和吸附等溫線求解出吸附劑用量根據(jù)物料衡算和吸附等溫線求解出吸附劑用量m或平衡后或平衡后溶液濃度溶液濃度C。（3）固定床吸附）固定床吸附能達到多級吸附平衡能達到多級吸附平衡 固定床吸附是最普通且最重要的吸附操作，用于固定床吸附是最普通且最重要的吸附操作，用于吸附的主要設備有吸附柱或吸附塔。吸附柱的結(jié)吸附的主要設備有吸附柱或吸附塔。吸附柱的結(jié)構(gòu)基本同離子交換柱。柱內(nèi)充滿吸附顆粒，待吸構(gòu)基本同離子交換柱。柱內(nèi)充滿吸附顆粒，待吸附分離的溶液從吸附柱頂部進入，底部流出。附分離的溶液從吸附柱頂部進入，